[计算机软件及应用]第2章 古典密码学.pptVIP

课程主要内容 第1章 密码学概述 第2章 古典密码技术 第3章 分组密码 第4章 公钥密码体制 第5章 散列函数与消息鉴别 第6章 数字签名技术 第7章 密钥管理技术 第8章 身份鉴别技术 第9章 序列密码 第10章 密码技术应用 第2章 古典密码技术 本章主要内容 替代密码 单表替代密码 多表替代密码 置换密码 周期置换密码 列置换密码 转轮机密码 古典密码的统计分析 单表替代密码分析 多表替代密码分析 对Hill密码的已知明文分析 第2章 古典密码技术 2.1.1 单表替代密码 单表替代密码对明文中的所有字母都使用一个固定的映射（明文字母表到密文字母表）。 加密变换过程就是将明文中的每一个字母替换为密文字母表的一个字母。而单表替代密码的密钥就是映射f或密文字母表。 经常密文字母表与明文字母表的字符集是相同的，这时的密钥就是映射f。下面给出几种典型的单表替代密码。 第2章 古典密码技术 一般单表替代密码 一般单表替代密码的原理是以26个英文字母集合上的一个置换π为 密钥，对明文消息中的每个字母依次进行变换。 【例2.1】设置换π的对应关系如下： a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z q w e r t y u i o p a s d f g h j k l z x c v b n m 试用单表替代密码以π为密钥对明文消息message加密，然后写出逆置换 ，并对密文解密。 解：密文消息为 π(m) π(e) π(s) π(s) π(a) π(g) π(e)=dtllqut 第2章 古典密码技术 一般单表替代密码算法特点： 密钥空间K很大，|K|=26!=4×1026 ，破译者穷举有哪些信誉好的足球投注网站计算不可行，1微秒试一个密钥，遍历全部密钥需要1013 年。 密钥π不便记忆。 针对一般替换密码密钥π不便记忆的问题，又衍生出了各种形式单表替代密码。 第2章 古典密码技术 1、移位密码 把26个英文字母与整数0，1，2，…，25一一对应 第2章 古典密码技术 2、仿射密码 仿射密码也是一般单表替代密码的一个特例，是一种线性变换。仿射密码的明文空间和密文空间与移位密码相同，但密钥空间为 K={(k1，k2)| k1，k2∈Z26，gcd(k1，26)=1} 对任意m∈M，c∈C，k = (k1，k2)∈K，定义加密变换为 c = Ek (m) = k1 m +k2 (mod 26) 相应解密变换为： m = Dk (c) = k1－1 (c－k2) (mod 26) 其中： 第2章 古典密码技术 3、密钥短语密码 选用一个英文短语或单词串作为密钥，去掉其中重复的字母得到一个无重复字母的字符串，然后再将字母表中的其它字母依次写于此字母串后，就可构造出一个字母替代表。如密钥为key时，替代表如表2.2所示。 表2.2 密钥为key的单表替代密码 2.1.2 多表替代密码（续） 3．一次一密密码（One Time Pad） 若替代码的密钥是一个随机且不重复的字符序列，这种密码则称为一次一密密码，因为它的密钥只使用一次。 该密码体制是美国电话电报公司的Joseph Mauborgne在1917年为电报通信设计的一种密码，所以又称为Vernam密码。Vernam密码在对明文加密前首先将明文编码为（0，1）序列，然后再进行加密变换。 2.1.2 多表替代密码（续） 4．Playfair密码 Playfair密码是一种著名的双字母单表替代密码，实际上Playfair密码属于一种多字母替代密码，它将明文中的双字母作为一个单元对待，并将这些单元转换为密文字母组合。 替代时基于一个5×5的字母矩阵。字母矩阵构造方法同密钥短语密码类似，即选用一个英文短语或单词串作为密钥，去掉其中重复的字母得到一个无重复字母的字符串，然后再将字母表中剩下的字母依次从左到右、从上往下填入矩阵中，字母I，j占同一个位置。 2.2.1 周期置换密码 周期置换密码是将明文字符按一定长度n分组，把每组中的字符按1，2，…，n的一个置换π重排位置次序来得到密文的一种加密方法。 其中的密钥就是置换π，在π的描述中包含了分组长度的信息。 解密时，对密文字符按长度n分组，并按π的逆置换 把每组字符重排位置次序来得到明文。